(57)【要約】【課題】  集積度の高い電子回路基板でも、隣接する電極パターン間の短絡問題を解消でき、互いの電子回路間の電気伝導性、または、隣接電極パターン間の絶縁性を向上させ得る電子回路の電極構造及びその製造方法を提供する。【解決手段】  基板上に形成された電極パターン１と、金属と化学的結合力を有する官能基を有して電極パターン１上にコーティングされて官能基を介して化学的に結合されたコーティング層と、官能基４を介してコーティング層に化学的に結合された導電粒子３と、を含んで構成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された電極パターンと、
金属と化学的結合力を有する官能基を有し、前記電極パターン上にコーティングされ前記官能基を介して化学的に結合されたコーティング層と、
前記官能基を介して前記コーティング層に化学的に結合された導電粒子と、
を含んで構成されることを特徴とする電子回路の電極構造。
【請求項２】
前記導電粒子は、金属単独粒子、及び、有機或いは有機／無機複合粒子の表面に金属がコーティングされた粒子の何れか一方であることを特徴とする請求項１に記載の電子回路の電極構造。
【請求項３】
前記コーティング層は、芳香族有機化合物内に、又は、脂肪族有機化合物の両末端又は主鎖内に、金属に対し親和力を有する前記官能基が一つの分子当たり二つ以上存在して、前記電極パターン及び導電粒子の表面に対し化学的結合力を有する二官能性化合物であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子回路の電極構造。
【請求項４】
前記官能基は、チオール基、カルボキシル基及びこれらの誘導体、ヒドロキシル基、アミン基及びこれらの誘導体、金属の酸、塩基官能基及びイオン結合が可能な官能基から選択される何れか一つであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電子回路の電極構造。
【請求項５】
電極パターンが形成された基板に、金属と化学的結合力を有する官能基を含む化合物をコーティングして、前記電極パターンの表面に前記化合物を化学的に結合させる段階と、
前記基板を洗浄して前記電極パターン以外の基板部分の前記化合物を除去する段階と、
前記基板に導電粒子をコーティングして、前記電極パターンの表面に結合されている前記化合物と前記導電粒子とを化学的に結合させる段階と、
前記基板を洗浄して前記電極パターン以外の基板部分の前記導電粒子を除去する段階と、
を含むことを特徴とする電子回路の電極製造方法。
【請求項６】
前記化合物は、芳香族有機化合物内に、又は、脂肪族有機化合物の両末端又は主鎖内に、金属に対し親和力を有する官能基が一つの分子当たり二つ以上存在して、前記電極パターン及び導電粒子の表面に対して化学的結合力を有する二官能性化合物であることを特徴とする請求項５に記載の電子回路の電極製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路の電極構造及びその製造方法に関し、詳しくは、導電粒子が電極パターン表面上に選択的自己組織化した電極構造により、電極パターンを含む電子回路基板などで互いの電子回路間の電気伝導性または隣接電極パターン間の絶縁性を向上させ、且つ、電子回路間の接続接触信頼性を向上させた電子回路の電極構造及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに対置する回路、例えば、上部回路パターンと下部回路パターンとを電気的に接続すると共に接着固定するために、回路接触用の異方導電性接着フィルム（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ；以下、ＡＣＦと称する）が使用される。異方導電性接着フィルムにおいて電気伝導は導電粒子により行われる。電子回路の集積度が増加するほど、電極パターン間のピッチは次第に微細化し、電極パターン数は大量化し、これにより、ＡＣＦ中に含有される導電粒子のサイズを小さくする必要があり、且つ、電気伝導性を向上させるために導電粒子の配合量を増加させる必要がある。
【０００３】
しかしながら、導電粒子のサイズを小さくすると、２次凝集により接続不良や隣接電極パターン間の短絡が問題となり、且つ、配合量の増加も、電極パターン間の短絡を起こす虞れがあり問題となる。
【０００４】
このような問題の解決策として、導電粒子の表面を絶縁層で被覆した絶縁被覆導電粒子をＡＣＦの導電粒子として使用する試みがなされている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１，２には、熱溶融性接着剤に分散させる導電粒子を、接着剤に不溶な絶縁樹脂で被覆する方法が提示されており、特許文献３には、微細カプセル化方法により、導電性粒子を絶縁樹脂の被覆殻の中に封じ込めてマイクロカプセル化する方法が提示されている。
【特許文献１】米国特許第６,６３２,５３２号明細書
【特許文献２】特開昭６２-４０１８３号公報
【特許文献３】特開平０８-３３５４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような絶縁被覆導電粒子を使用する場合、低温、低圧のＡＣＦ実装工程においては、導電粒子表面の絶縁層の破壊や溶融が十分でないため、残留した絶縁樹脂による互いの回路電極間の接触抵抗が大きく、電極パターンと導電粒子の接触が不完全であるため、互いの回路電極間の接続信頼性が悪化する。一方、温度及び圧力が高い場合は、導電粒子表面の絶縁樹脂が溶解し易いため、隣接する導電粒子が接触して隣接する電極パターン間の短絡が問題となり、溶解した絶縁樹脂がフィルム層樹脂の熱的、機械的性質を低下させ得る。
【０００６】
尚、これを克服するために、米国特許公開公報第２００１/０００８１６９号には、フィルム層樹脂に導電粒子を選択的に分散させて隣接する導電粒子を接触させない方法が記載されているが、この方法は工程が複雑であるだけでなく非経済的であるという欠点がある。
【０００７】
本発明の目的は、互いに結合される二つの回路の結合が電気伝導性及び接着性において信頼性があり、製造工程が経済的な電子回路の電極構造を提供することにある。
【０００８】
また、本発明は、回路基板の電極パターン上に導電粒子を選択的に吸着させ自己組織化させ得る電子回路の電極製造方法を提供することを他の目的とする。
【０００９】
その他、本発明の他の目的及び特徴は、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲で更に具体的に提示されるはずである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するために、本発明の電子回路の電極構造は、基板上に形成された電極パターンと、金属と化学的結合力を有する官能基を有し、前記電極パターン上にコーティングされ前記官能基を介して化学的に結合されたコーティング層と、前記官能基を介して前記コーティング層に化学的に結合された導電粒子とを含んで構成した。
【００１１】
かかる構成では、コーティング層が、電極パターンに金属と化学的結合力を有する官能基を介して化学的に結合し、導電粒子がコーティング層に金属と化学的結合力を有する官能基を介して化学的に結合する。これにより、電極パターンのみに選択的自己組織化した導電粒子層を形成することができるようになる。
【００１２】
前記導電粒子は、請求項２のように、金属単独粒子、及び、有機或いは有機／無機複合粒子の表面に金属がコーティングされた粒子の何れか一方とした。
【００１３】
前記コーティング層は、請求項３のように、芳香族有機化合物内に、又は、脂肪族有機化合物の両末端又は主鎖内に、金属に対し親和力を有する前記官能基が一つの分子当たり二つ以上存在して、前記電極パターン及び導電粒子の表面に対し化学的結合力を有する二官能性化合物とするとよい。
【００１４】
前記官能基は、請求項４のように、チオール基、カルボキシル基及びこれらの誘導体、ヒドロキシル基、アミン基及びこれらの誘導体、金属の酸、塩基官能基及びイオン結合が可能な官能基から選択される何れか一つとした。
【００１５】
本発明の電子回路の電極製造方法は、電極パターンが形成された基板に、金属と化学的結合力を有する官能基を含む化合物をコーティングして、前記電極パターンの表面に前記化合物を化学的に結合させる段階と、前記基板を洗浄して前記電極パターン以外の基板部分の前記化合物を除去する段階と、前記基板に導電粒子をコーティングして、前記電極パターンの表面に結合されている前記化合物と前記導電粒子とを化学的に結合させる段階と、前記基板を洗浄して前記電極パターン以外の基板部分の前記導電粒子を除去する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
前記化合物は、請求項６のように、芳香族有機化合物内に、又は、脂肪族有機化合物の両末端又は主鎖内に、金属に対し親和力を有する官能基が一つの分子当たり二つ以上存在して、前記電極パターン及び導電粒子の表面に対して化学的結合力を有する二官能性化合物である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、基板に形成した電極パターンの表面のみに選択的に自己組織化した導電粒子層が形成されるので、隣接する導電粒子間の接触による隣接する電極パターン間の短絡問題を解決し、且つ、互いの電子回路の電気伝導性を向上させると共に、接触信頼性を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明の電極製造方法によれば、金属と化学的結合力を有する官能基を含む化合物を電極パターンにコーティングした後に化合物を除去するために洗浄し、その後、コーティングした化合物に導電粒子をコーティングした後に導電粒子を除去するために洗浄するだけでよいので、製造工程が極めて簡単で経済的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明による自己組織化した導電粒子が形成されている電極パターンによる電極構造を含む電子回路基板の模式的構造を示す。
【００２０】
図において、下部回路基板と上部回路基板とは、接着フィルム２を介して図の矢印方向に互いに結合される。下部回路基板の表面上に形成された電極パターン１には、金属と化学的結合力を有する官能基を有する化合物である例えば二官能性化合物からなるコーティング層（図示せず）がコーティングされている。前記化合物の官能基（図示せず）の一部が電極パターン１の表面に化学的に結合され、他の一つの官能基４には、導電粒子３が化学的に結合される。これにより、導電粒子３は、電極パターン１の表面のみに吸着して選択的に自己組織化する。
【００２１】
このように、導電粒子３の金属成分と自発的に結合できる化合物として二官能性化合物を電子回路の電極パターンの表面にコーティング処理し、その上に直接導電粒子を吸着させることにより、二官能性化合物の二つの官能基のうち、一つの官能基は電極パターンと結合され、他の一つの官能基は金属導電粒子と結合され、簡便に導電粒子を電極パターンの表面のみに選択的に整列させて自己組織化した導電層を形成することができる。
【００２２】
かかる構成によれば、電極パターンの相互方向のみに電流が通り、電極パターンと直角方向の絶縁特性が維持され、隣接する導電粒子間の接触による電極パターン間の短絡問題なしに電子回路の高集積化に対応できると共に、電子回路間の接触信頼性を向上できる。また、電極製造工程が簡単であり経済的である。
【００２３】
以下、実施例を通して本発明をより具体的に説明する。
二官能性化合物と金属導電粒子
後述する本発明の一実施例においては、二官能性化合物として、金属に対し強い親和力を有するチオール基を両末端に有しているプロパンジチオールを使用した。しかしながら、本発明は、これに限定されるのでなく、例えば炭素数が２〜１０００個の芳香族有機化合物、又は、脂肪族有機化合物の両末端又は主鎖内に、金属に対し親和力を有する官能基が一つの分子当たり二つ以上存在するものであればよく、このような官能基の例として、チオール基、カルボキシル基及びこれらの誘導体、ヒドロキシル基、アミン基及びこれらの誘導体、金属の酸、塩基官能基及びイオン結合が可能な官能基の何れも使用することができる。このような有機化合物の代表的な例としては、エタンジチオール、プロパンジチオール、ブタンジチオール、ペンタンジチオール、ヘキサンジチオール、ヘプタンジチオール、オクタンジチオール、デカンジチオール、エタンジオール、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ヘプタンジオール、オクタンジオール、デカンジオール、エタンジカルボン酸、プロパンジカルボン酸、ブタンジカルボン酸、ペンタンジカルボン酸、ヘキサンジカルボン酸、ヘプタンジカルボン酸、オクタンジカルボン酸、デカンジカルボン酸、ジアミノエタン、ジアミノプロパン、ジアミノブタンジオール、ジアミノペンタン、ジアミノヘキサン、ジアミノヘプタン、ジアミノオクタン、ジアミノデカン、エタン二リン酸(ethanediphosphoric acid)、プロパン二リン酸、ブタン二リン酸、ペンタン二リン酸、ヘキサン二リン酸、ヘプタン二リン酸、オクタン二リン酸及びデカン二リン酸などが含まれ、更に、これらの酸塩基反応による誘導体、並びに、金属との着物の形成などによる有機金属化合物などが含まれる。
【００２４】
また、金属導電粒子としては、本発明の一実施形態においては、直径５μｍの金でコーティングされたポリスチレン粒子を使用した。しかしながら、本発明は、これに限定されるのでなく、前記の官能基を有する有機化合物の何れに対しても親和力を有する金属でコーティングされた有機又は有機/無機複合粒子や、金属のみからなる粒子の何れも使用することができる。金属成分としては、前述の金の他、銀、銅及びニッケル等を含む伝導性金属を使用することができる。
電極パターンと二つの官能基を有する化合物との反応
銅を電極パターンに使用した基板を２４時間の間、例えば基板上にプロパンジチオール溶液を噴霧したり、プロパンジチオール溶液内に浸漬する等の方法により、プロパンジチオール溶液で処理して、プロパンジチオール両末端の官能基のうち、一つのチオール基が、基板のマスクされていない電極パターンと反応して結合されるようにした。このとき、他の一つのチオール基は、反応せずに残っている。
【００２５】
その後、エタノールで前記基板を３〜５回洗浄して、電極パターン以外の基板部分に物理的に吸着したプロパンジチオールを除去した。このとき、洗浄回数は、電極パターン以外の基板部分に物理的に吸着したプロパンジチオールを十分に除去できる回数であればよい。
金属導電粒子の選択的自己組織化
前記の銅電極パターンに結合されているプロパンジチオールの未反応のチオール基と金属導電粒子をエタノール溶液内で２４時間、室温で反応させた。反応後、エタノールで３〜５回洗浄して、電極パターン以外の基板部分に物理的に吸着した金属導電粒子を除去した。このとき、洗浄回数は、電極パターン以外の基板部分に物理的に吸着したプロパンジチオールを十分に除去できる回数であればよい。このような方法で得られた基板から電子顕微鏡を用いて図２（ａ）の結果を確認した。図２（ａ）から金属電極パターン（図の棒状部分）上のみに選択的に導電粒子（図の微細円形粒子）が吸着していることが分かる。
【００２６】
これと比較するために、プロパンジチオールと反応させていない電極パターンと金属導電粒子をエタノール溶液内で２４時間、室温で反応させた。このような方法で得られた基板から電子顕微鏡を用いて図２（ｂ）の結果を確認した。図２（ｂ）から金属電極パターン（図の棒状部分）上のみに選択的に導電粒子が吸着することなく、隣接する電極パターン間の絶縁部（電極パターン以外の部分）にも共に存在することが分かる。且つ、このようなプロパンジチオールと反応させていない電極パターン表面の導電粒子は、物理的結合力が脆弱であるため大部分洗浄過程で除去されて、電極パターンの表面上に導電粒子層を形成することができなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る電子回路の電極構造の一実施形態を示す電子回路基板の模式的構造を示す図
【図２】電子回路基板の電極パターンの電子顕微鏡写真であり、（ａ）は金属に対し親和力を有する官能基を含む化合物がコーティングされた電極パターンの電子顕微鏡写真、（ｂ）は金属に対し親和力を有する官能基を含む化合物がコーティングされていない電極パターンの電子顕微鏡写真
【符号の説明】
【００２８】
１    電極パターン
２    接着フィルム
３    導電粒子
４    官能基
【図１】
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【図２】
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